[发明专利]一种增压供水系统低流量供水工况管道结冰厚度检测方法

说明书

本发明公开了一种适用于低气温环境增压供水系统低流量供水工况管道结冰厚度检测方法，其通过构建管道所处环境与管壁间对流换热计算式，引入无量纲液相和固相导热系数Λsubgt;L/subgt;和Λsubgt;S/subgt;、无量纲冻结时间τ、无量纲距离z*、级数A(z*)等无因次参数，分别建立了低流量短暂性供水(即：瞬态层流)和持续性供水(即：稳态层流)工况实际冰层厚度e的多变量函数关系式。利用所建立的冰层厚度多变量函数关系式，以环境温度、管道内水温及其流量作为输入变量，即可获得低温环境增压供水管道结冰厚度。该发明对于提升低气温环境结冰厚度检测方法的适用性和便捷性、保障增压供水系统的安全运行、优化系统伴热设计、节约系统能量消耗等具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及结冰厚度检测技术领域，具体涉及一种适用于低气温环境增压供水系统低流量供水工况管道结冰厚度检测方法。

背景技术

客机增压供水系统承担着乘客和机组人员的用水任务，在飞机巡航过程中起着重要作用。然而，随着飞行高度的上升，周围环境温度不断下降，极易造成增压供水系统管道结冰。特别是当供水流量较低时，管内水流速度也随之降低，管道结冰风险加剧，甚至堵塞管道。为此，飞机增压供水系统通常设有管道伴热装置。然而，管道结冰厚度随环境温度的变化而变化，在缺乏管道结冰厚度数据的情况下，难以制定精确的伴热方案抑制或解除管道结冰风险。若伴热系统提供热量不足，管道结冰状况无法解除。反之，则造成过裕加热引起能量浪费。因此，基于环境温度条件准确检测增压供水系统管道结冰厚度，对于保障系统安全运行、优化系统伴热设计、节约系统能量消耗等具有重要的工程价值。

现有飞机结冰检测主要围绕机翼、发动机短舱、大气数据探测仪等部位展开。所采用的方法是在易发生结冰的部位安装光学式、声学式、电学式、机械式等传感器，利用传感器反馈信息判断检测部位的结冰情况。但是，有关飞机增压供水系统管道结冰检测的专利或文献报道仍非常有限，更多是围绕地面供水管道结冰厚度展开。所采用的方法，主要包括数值模拟和解析建模。其中，数值模拟方法虽然能够准确预测不同热边界条件下的结冰厚度，但是数值迭代需要的时间较长，不适合工程现场检测，缺乏实施的适用性。解析建模方法是基于相变传热和能量守恒原理，建立无量纲固液界面位置与轴向距离和冻结时间关系，但是关系式涉及到的输入变量较多。若应用于实际管道结冰检测，需要安装的仪器设备和测试参数数量也随之增多，现场使用的便捷性较差。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种适用于低气温环境增压供水系统低流量供水工况管道结冰厚度检测方法，其通过测量环境温度、管道内水温及其流量，利用所建立的冰层厚度获取方法，即可获得低流量瞬态供水和稳态供水时(即：瞬态层流和稳态层流)管道结冰厚度，有效提升了结冰检测方法的适用性和便捷性。

为实现上述目的，本申请提出一种适用于低气温环境增压供水系统低流量供水工况管道结冰厚度检测方法，包括：

利用超声波流量计，获取增压供水系统管道流量Q；再利用管道式温度传感器，得到增压供水系统管道内的水温T₀；根据所述管道内的水温T₀，确定水和冰的基本物性参数，该基本物性参数包括水的密度ρ、粘度υ、导热系数λ_L、热扩散系数α_L和凝固点T_f，以及冰的导热系数λ_S和相变潜热L；

利用环境测温仪，得到增压供水系统管道所处的环境温度T_a；根据所述环境温度T_a，确定空气的基本物性参数，该基本物性参数包括空气的导热系数λ_a、粘度υ_a和普朗特数Pr_a；

根据所述管道内的水温T₀和凝固点T_f，判断管道内是否有结冰发生：若所述管道内水温T₀≦T_f，则判定管道内有结冰发生，需进一步检测结冰厚度；